Yıldızlar Kara Deliklerin Avına Düştüğünde: Gelgit Bozulması Olaylarının Gizemini Çözmek

Yıldızlar Kara Deliklerin Avına Düştüğünde: Gelgit Bozulması Olaylarının Gizemini Çözmek
Yıldızlar Kara Deliklerin Avına Düştüğünde: Gelgit Bozulması Olaylarının Gizemini Çözmek
Black Hole Star Tidal Disruption Event (TDE)

Süper kütleli karadelikler, yakındaki yıldızların bozulmasına veya yok olmasına neden olarak Tidal Disruption Events (TDE’ler) ile sonuçlanır. Bu TDE’lerden gelen polarize ışık gözlemleri, artık söz konusu süreçlerle ilgili önemli ayrıntıları ortaya çıkardı.

Evren, burada bir yıldızın ömrünün bile kısalabileceği şiddetli bir yerdir. Bu, bir yıldız kendisini “kötü” bir çevrede, özellikle süper kütleli bir kara deliğin yakınında bulduğunda olur.

Güneşimizden milyonlarca hatta milyarlarca kat daha büyük kütleye sahip olan bu kara delikler, genellikle sessiz galaksilerin merkezlerinde yuvalanmış halde bulunur. Bir yıldız kara deliğe yaklaşırken, süper kütleli kara delikten gelen ve sonunda yıldızın bütünlüğünü koruyan kuvvetleri alt eden artan bir çekim kuvvetine maruz kalır. Bu, Gelgit Bozulması Olayı (TDE) olarak bilinen bir olay olan yıldızın bozulmasına veya yok olmasına neden olur.

“Yıldız parçalandıktan sonra, gazı kara deliğin etrafında bir birikim diski oluşturur. Turku Üniversitesi’nden Doktora Sonrası Araştırmacı Yannis Liodakis ve ESO (FINCA) ile Finlandiya Astronomi Merkezi’nden (FINCA), özellikle optik teleskoplar ve X-ışınlarını algılayan uydular başta olmak üzere diskten gelen parlak patlamalar hemen hemen her dalga boyunda gözlemlenebilir.

Yakın zamana kadar, onları saptayabilecek çok fazla deney olmadığı için araştırmacılar yalnızca birkaç TDE’den haberdardı. Ancak son yıllarda, bilim adamları daha fazla TDE gözlemlemek için gerekli araçları geliştirdiler. İlginç ama belki de çok da şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu gözlemler, araştırmacıların şu anda üzerinde çalışmakta olduğu yeni gizemlere yol açtı.

“Optik teleskoplarla yapılan büyük ölçekli deneylerden elde edilen gözlemler, çok sayıda TDE’nin, görünür ışık patlamaları net bir şekilde tespit edilebilse de, X-ışınları üretmediğini ortaya çıkardı. Bu keşif, TDE’lerde bozulan yıldız maddesinin evrimine ilişkin temel anlayışımızla çelişiyor,” diye belirtiyor Liodakis.

Tidal Disruption Event Cartoon

Bir Gelgit Bozulma Olayında, bir yıldız süper kütleli bir kara deliğe yeterince yaklaşır, böylece kara deliğin çekim kuvveti yıldızı yok olana kadar büker (resim 1). Yok edilen yıldızdan gelen yıldız maddesi, kara deliğin etrafında eliptik bir akış oluşturur (Görüntü 2). Gaz kara deliğin etrafında döndükten sonra geri dönerken kendisine çarptığı için kara deliğin çevresinde gelgit şokları oluşur (Görsel 3). Gelgit şokları, optik ve ultraviyole dalga boylarında gözlemlenebilen parlak polarize ışık patlamaları yaratır. Zamanla, yok olan yıldızdan gelen gaz, kara deliğin etrafında (Görsel 4) yavaşça kara deliğin içine çekildiği bir toplanma diski oluşturur. Not: Resmin ölçeği doğru değil. Kredi: Jenni Jormanainen

Finlandiya Astronomi Merkezi tarafından ESO ile yönetilen uluslararası bir gökbilimciler ekibi tarafından Science dergisinde yayınlanan bir araştırma, TDE’lerden gelen polarize ışığın bu gizemi çözmede anahtar olabileceğini öne sürüyor.

Kara deliğin etrafında bir X-ışını parlak yığılma diskinin oluşumu yerine, birçok TDE’de tespit edilen optik ve morötesi ışıkta gözlenen patlama gelgit şoklarından kaynaklanabilir. Bu şoklar, yok olan yıldızdan gelen gaz kara deliğin etrafında döndükten sonra kendi kendine çarptığında, kara deliğin çok uzağında oluşur. X-ışını parlak toplanma diski, bu olaylarda çok daha sonra oluşacaktır.

“Işığın kutuplaşması, astrofiziksel sistemlerde altta yatan süreçler hakkında benzersiz bilgiler sağlayabilir. TDE’den ölçtüğümüz polarize ışık ancak bu gelgit şoklarıyla açıklanabilir,” diyor çalışmanın baş yazarı Liodakis.

Polarize ışık, araştırmacıların yıldızların yok oluşunu anlamalarına yardımcı oldu

Ekip, 2020’nin sonlarında Gaia uydusundan, AT 2020mot olarak belirlenen yakın bir galakside geçici bir nükleer olaya ilişkin bir kamu uyarısı aldı. Araştırmacılar daha sonra AT 2020mot’u, Turku Üniversitesi’ne ait Nordic Optical Telescope (NOT)’ta gerçekleştirilen optik polarizasyon ve spektroskopi gözlemleri dahil olmak üzere çok çeşitli dalga boylarında gözlemlediler. NOT’ta yapılan gözlemler, bu keşfi mümkün kılmada özellikle etkili oldu. Ayrıca, lise öğrencilerine yönelik gözlemsel astronomi dersinin bir parçası olarak kutuplaşma gözlemleri yapıldı.

FINCA ve Turku Üniversitesi’nden NOT ile kutuplaşma gözlemlerine ve analizine liderlik eden Doktora Araştırmacısı Jenni Jormanainen, “Çalışmada kullandığımız İskandinav Optik Teleskopu ve polarimetre, süper kütleli karadelikleri ve çevrelerini anlama çabalarımızda etkili oldu” diyor.

Araştırmacılar, AT 2020mo’dan gelen optik ışığın olduğunu buldular. t oldukça kutuplaşmıştı ve zamanla değişiyordu. Birçok denemeye rağmen, radyo veya X-ışını teleskoplarının hiçbiri, patlamanın zirvesinden önce, sırasında ve hatta aylar sonra olaydan gelen radyasyonu tespit edemedi.

“AT2020mot’un ne kadar polarize olduğunu gördüğümüzde, çevreleyen gazı yoğunlaştıran süper kütleli karadeliklerin çevresinde sıklıkla gözlemlediğimiz gibi, hemen kara delikten fırlayan bir jeti düşündük. Ancak orada jet bulunamadı,” diyor Turku Üniversitesi ve FINCA’da Akademi Araştırma Görevlisi Elina Lindfors.

Gökbilimciler ekibi, verilerin, yıldız gazı akışının kendisiyle çarpıştığı ve karadeliğin etrafındaki yörüngesinin merkez üssü ve merkez üssü yakınında şoklar oluşturduğu bir senaryoyla en yakından eşleştiğini fark etti. Daha sonra şoklar, doğal olarak yüksek oranda polarize ışığa yol açacak olan yıldız akışındaki manyetik alanı yükseltir ve düzenler. Optik polarizasyonun seviyesi çoğu model tarafından açıklanamayacak kadar yüksekti ve zamanla değişiyor olması durumu daha da zorlaştırıyordu.

Gözlemlerin yapıldığı sırada FINCA’da astronom olan ve şu anda Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (NTNU) çalışan Karri Koljonen, “Gelgit şoku modeli dışında baktığımız tüm modeller gözlemleri açıklayamadı,” diyor.

Araştırmacılar TDE’lerden gelen polarize ışığı gözlemlemeye devam edecek ve yakında bir yıldız bozulduktan sonra ne olduğu hakkında daha fazla bilgi edinin.

Referans: “Bir gelgit bozulma olayında çarpışan yıldız akışı şoklarından optik polarizasyon”, yazan I. Liodakis, K.I.I. Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, K.D. Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas ve K. Nilsson, 11 Mayıs 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.abj9570